Intel CPU 发展史说课材料.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。Intel CPU 发展史-IntelCPU发展史2007年是“晶体管”诞辰60周年,然而说到“晶体管”这个专业名词,也许您并不熟悉,而Intel本周一放出官方新闻稿,宣布他们将在12月16日庆祝晶体管的60周岁生日,所以我们就借由Intel的工艺发展史来向您讲述,处理器是如何一步一步发展到今天的。1971年11月15日:世界上第一块个人微型处理器4004诞生1971年11月15日,Intel公司的工程师霍夫发明了世界上第一个商用微处理器4004,从此这一天被当作具有全球IT界里程碑意义的日子而被永远的
2、载入了史册。这款4位微处理器虽然只有45条指令,每秒也只能执行5万条指令,运行速度只有108KHz,甚至比不上1946年世界第一台计算机ENIAC。但它的集成度却要高很多,集成晶体管2300只,一块4004的重量还不到一盅司。这一突破性的发明最先应用于Busicom计算器,为无生命体和个人计算机的智能嵌入铺平了道路。4004微处理器Busicom最初计划是需要12个定制芯片。而英特尔工程师霍夫提出了通用逻辑设备的概念,它可能是一个更出色、更高效的解决方案。正是由于他的提议才使得微处理器得以开发。起初,Busicom向英特尔支付了60000美元,获得了微处理器所有权。在认识到“大脑”芯片的无限潜
3、力之后,英特尔提出用60000美元换回微处理器设计的所有权。Busicom同意了英特尔的请求。1971年11月15日,英特尔面向全球市场推出了4004微处理器,每个售价为200美元。4004微处理器编号为4004,第一个“4”代表此芯片是客户订购的产品编号,后一个“4”代表此芯片是英特尔公司制作的第四个订制芯片。这种数字代号却延用至今。霍夫终于如愿以偿,他在世界第一个微处理器上,集成了2000多个晶体管,发明了世界第一块大规模集成电路4004,在电子计算机历史上,写下了光辉的一页。4004芯片基本具备了微处理器的特点,用它来做计算器,改变了传统计算器的形象。采用4004芯片后,再配用一块程序存
4、储器,数据存储器,移位寄存器,再加上键盘和数码管,就构成了一台完整的微型计算机。1972年:8008微处理器让英特尔以外的是推出4004芯片后,业内的反应相当平淡。一些分析家称这款芯片虽然有些意思,但4004的处理能力实在有限,还不足以引起人们的兴趣。然而,当一年后英特尔推出其8008微处理器时,业内的目光都几乎集中到了英特尔身上。8008频率为200Khz,晶体管的总数已经达到了3500个,能处理8比特的数据。更为重要的是,英特尔还首次获得了处理器的指令技术。8008微处理器8008它的性能是4004的两倍,拥有3500晶体管数量,速度为200KHz,并且于1974年被一款名为Mark-8的
5、设备采用,Mark-8是第一批家用计算机之一,此时台式机基本上形成了一个最初雏形。8008微处理器8008芯片原本是为德克萨斯州的Datapoint公司设计的,但是这家公司最终却没有足够的财力支付这笔费用。于是双方达成协议,英特尔拥有这款芯片所有的知识产权,而且还获得了由Datapoint公司开发的指令集。这套指令集奠定了今天英特尔公司X86系列微处理器指令集的基础。1974年:8080微处理器在微处理器发展初期,具有革新意义的芯片非Intel8080莫属了。英特尔公司于1974年推出了这款划时代的处理器,立即引起了业界的轰动。由于采用了复杂的指令集以及40管脚封装,8080的处理能力大为提高
6、,其功能是8008的10倍,每秒能执行29万条指令,集成晶体管数目6000,运行速度2MHz。8080微处理器与此同时,微处理器的优势已经被业内人士所认同,于是更多的公司开始接入这一领域,竞争开始变得日益激烈。当时与英特尔同台竞技的有RCA(美国无线电公司)、Honeywell、Fairchild、美国国家半导体公司、AMD、摩托罗拉以及Zilog公司。值得一提的是Zilog,世界上第一块4004芯片的设计者Faggin就加盟了该公司。由该公司推出的Z80微处理器比Intel8080功能更为强大,而且直到今天这款处理器仍然被尊为经典。8080微处理器8080有幸成为了第一款个人计算机Altai
7、r的大脑。据说Altair这个名称是源自星际旅行电视节目中一个星际飞行计划(StarshipEnterprise)的目的地名称。计算机爱好者花费395美元即可购得Altair套件。数月内,Altair的销售量达到数万台,造成了电脑销售历史上第一次缺货现象。这足以看出来8080对于电脑发展是具有划时代意义的。1978年:8086-8088微处理器1978年,英特尔推出了首枚16位微处理器8086,同时生产出与之配合的数学协处理器8087,这两种芯片使用相同的指令集,以后英特尔生产的处理器,均对其兼容。趁着市场销售正好的时机,以及市场需求的提升,Intel在同一年推出了性能更出色的8088处理器。
8、三款处理器都拥有29000只晶体管,速度可分为5MHz、8MHz、10MHz,内部数据总线(处理器内部传输数据的总线)、外部数据总线(处理器外部传输数据的总线)均为16位,地址总线为20位,可寻址1MB内存。首次在商业市场给消费者提供了更自由选择。8086微处理器8088微处理器同时Intel成功将8088销售给IBM全新的个人计算机部门,1981年,IBM推出的首批个人电脑机选用了英特尔8088芯片,使得8088成为了IBM全新热销产品IBMPC的大脑。本来IBM准备采用摩托罗拉的芯片,但是最终阴差阳错,还是由8088芯片承担了这项光荣的使命。随着个人电脑的流行,英特尔也开始名扬四海。808
9、8的大获成功使英特尔顺利跻身财富500强之列,财富杂志将该公司评为“七十大商业奇迹之一(BusinessTriumphsoftheSeventies)”。事后,英特尔高度评价了与IBM这笔交易的重要性。的确,如果没有这笔交易,很可能现在芯片市场是由摩托罗拉等一统天下。1982年:80286微处理器英特尔的最后一块16位处理器80286(也称286)是处理器进入全新技术的标准产品,具备16位字长,集成了14.3万只晶体管,具有6MHz、8MHz、10MHz、12.5MHz四个主频的产品。286是Intel第一款具有完全兼容性的处理器,即可以运行所有针对其前代处理器编写的软件,这一软件兼容性也成为
10、了Intel处理器家族一个恒久不变的特点。该产品发布后的6年内,全世界基于286处理器的个人计算机便达到了大约1500万台。80286微处理器80286微处理器1985年:80386英特尔的第一代32位处理器此后,英特尔的微处理器开始进入到了32位时代。为适应企业的全球化发展,1985年秋,英特尔再度发力,并且以一种特殊的形式在伦敦、慕尼黑、巴黎、旧金山和东京同时推出了Intel80386处理器。这是英特尔第一款32位处理器,集成了27万5千只晶体管,超过了4004芯片的一百倍,每秒可以处理500万条指令。同时也是第一款具有“多任务”功能的处理器,所谓“多任务”就是说它可以同时处理多个程序程序
11、的指令,这对微软的操作系统发展有着重要的影响。80386微处理器80386微处理器IntelRapidCAD被遗忘的微处理器还有一款微处理器被很多人忽视,这就是IntelRapidCAD。RapidCAD是英特尔有史以来第一款为旧款个人计算机所提供的升级套件(也就是OverDrive的始祖)。原386的使用者不需要更换主机板,只要把RapidCAD买回来将主机板上旧有的中央处理器芯片(CPU)替换掉,就可以享受接近486的运算能力。RapidCAD其实就是把486DX芯片去掉内部高速缓存然后装入386的封装里面,RapidCAD也不支持486增加的新指令。不过由于386封装的频宽限制,Rapi
12、dCAD对整体的效能提升比不上直接升级到486DX。相同频率下,486DX可以有比386/387快上两倍的速度,而RapidCAD在整数运算方面最多只能提升35%,在浮点运算方面,则可以提升将近70%。IntelRapidCADIntelRapidCAD特殊的地方在于,它是由两颗芯片组成,缺一不可。这归咎于486DX内建浮点运算器(FPU),而386则是将浮点运算器分开(就是387)。由于RapidCAD-1本身就含有浮点运算器(因为它就是486DX阉割版),根本不需要387,所以RapidCAD-2就是用来替代原来主机板上的387芯片。RapidCAD-1负责所有的运算,而RapidCAD-
13、2则是负责假装浮点运算器,以防止旧有主机板以为没有安装浮点运算功能(尤其在执行286/287的程序时)。市面上有时候把RapidCAD-1与RapidCAD-2分开卖,这是就是不了解RapidCAD运作方式的结果。1989年:Intel80486英特尔最后一款以数字为编号的处理器1989年,英特尔发布了Intel80486处理器。486处理器是英特尔非常成功的商业项目。很多厂商也看清了英特尔处理器的发展规律,因此很快就随着英特尔的营销战而转型成功。80486处理器集成了125万个晶体管,时钟频率由25MHz逐步提升到33MHz、40MHz、50MHz及后来的100Mhz。Intel80486处
14、理器486处理器的应用意味着用户从此摆脱了命令形式的计算机,进入“选中并点击(point-and-click)”的计算时代。史密森学会美国历史国家博物馆的技术历史学家DavidK.Allison回忆道:“当时我拥有了彩色计算机,并且以很快的速度进行桌面排版工作。”英特尔486处理器首次采用内建的数学协处理器,将负载的数学运算功能从中央处理器中分离出来,从而显著加快了计算速度。386和486推向市场后,均大获成功,英特尔在芯片领域的霸主地位日益凸现。此后,英特尔开始告别微处理器数字编号时代,进入到了Pentium时代。1994年3月10日:IntelPentium中央处理器芯片1993年,英特尔
15、发布了Pentium(俗称586)中央处理器芯片(CPU)。本来按照惯常的命名规律是80586,但是因为实际上“586”这样的数字不能注册成为商标使用,因此任何竞争对手都可以用586来扰乱消费市场。事实上在486发展末期,就已经有公司将486等级的产品标识成586来销售了。因此英特尔决定使用自创的品牌来作为新产品的商标Pentium。世界上第一款Pentium处理器Pentium处理器内部结构英特尔奔腾处理器采用了0.60微米工艺技术制造,核心由320万个晶体管组成。支持计算机更轻松的集成“现实世界”数据,如语音、声音、手写体和图片等。“奔腾”二字频繁出现在漫画和电视谈话节目中,使其在推出之后
16、很快成为一个家喻户晓的词语。奔腾是一个划时代的产品,并且影响了PC领域十年之久,目前该“名字”依然在沿用。IntelPentium处理器Pentium是x86系列一大革新。其中晶体管数大幅提高、增强了浮点运算功能、并把十年未变的工作电压降至3.3V。Pentium刚推出的时候拥有浮点数除法不正确的错误(FDIVBug),导致英特尔大量回收第一代产品(1994年十二月之前的产品),所以有FDIVBug的微处理器所剩不多。Pentium50Mhz也有这个FDIV错误,不过A80501-50只是业界样本,从来没有在市场上出现过。上图IntelPentium60Mhz就是整个Pentium系列第一款产
17、品,也是含有BugFDIV的一款。这颗工程样品为目前世界上有在英特尔官方纪录里最早的PentiumCPU(Q0352),也是目前世界上已知仅存的一颗。1995年3月27日,英特尔发布Pentium120MHz处理器,采用了0.60微米/0.35两种工艺技术,不过核心依旧由320万个晶体管组成。1995年6月,英特尔发布Pentium133MHz处理器,采用0.35工艺技术制造,核心提升到由330万个晶体管组成。1995年11月1日,英特尔发布Pentium150MHz、Pentium166MHz、Pentium180MHz、Pentium200MHz四款处理器,并且采用了0.60微米/0.35
18、两种工艺技术,核心提升到由550万个晶体管组成。此时INTEL在以前设计基础上增加了L2cache为256K和512K两种版本。1996年1月4日,英特尔又发布Pentium150MHz、Pentium166MHz两款处理器,采用了0.35微米工艺技术,不过核心由330万个晶体管组成。1996年6月10日,英特尔发布Pentium200MHz处理器,采用了0.35微米工艺技术,不过核心还是由330万个晶体管组成。1997年1月:IntelPentiumMMX中央处理器1997年1月,Intel公司推出了PentiumMMX芯片,它在X86指令集的基础上加入了57条多媒体指令。这些指令专门用来处
19、理视频、音频和图象数据,使CPU在多媒体操作上具有更强大的处理能力,PentiumMMX还使用了许多新技术。单指令多数据流SIMD技术能够用一个指令并行处理多个数据,缩短了CPU在处理视频、音频、图形和动画时用于运算的时间;流水线从5级增加到6级,一级高速缓存扩充为16K,一个用于数据高速缓存,另一个用于指令高速缓存,因而速度大大加快;PentiumMMX还吸收了其他CPU的优秀处理技术,如分支预测技术和返回堆栈技术。PentiumMMX中央处理器PentiumMMX等于是Pentium的加强版中央处理器芯片(CPU),除了增加67个MMX(Multi-MediaeXtension)指令以及6
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